氧化铝烧结体转让专利
申请号 : CN200710089470.X
文献号 : CN100593226C
文献日 : 2010-03-03
发明人 : 服部亮誉 , 森丰 , 曻和宏
申请人 : 日本碍子株式会社
摘要 :
本发明的目的是降低在第1主面(SF1)和埋设电极(2)之间的氧化铝基体(1)上产生的裂纹的发生率。所采用的方法是，氧化铝烧结体具备：具有相对的第1主面和第2主面的氧化铝基体(1)；在离第1主面(SF1)0.4毫米以下深度HD由埋设在氧化铝基体(1)内的金属构成的膜状的埋设电极(2)；在比埋设电极(2)更靠第2主面(SF2)侧埋在氧化铝基体(1)内的金属做成的埋设端子(3)。埋设端子(3)与埋设电极(2)接触，埋设电极(2)的膜厚HE在25微米以下。
权利要求 :
1.一种氧化铝烧结体，其特征在于，具备：具有相对的第1主面和第2主面的氧化铝基体；
在离所述第1主面0.4毫米以下的深度由埋在所述氧化铝基体内的金属构 成的膜状的埋设电极；以及，在比所述埋设电极更靠第2主面侧由埋在所述氧化铝基体内的金属构成 的埋设端子，所述埋设端子与所述埋设电极接触，所述埋设电极的膜厚在25微米以下，在所述埋设端子和所述埋设电极接触的接触面，将所述埋设端子的外周部 分进行倒角，被倒角的所述外周部分的曲率半径在0.2毫米以上。
说明书 :
技术领域
本发明涉及应用于CVD装置和刻蚀装置等半导体制造装置中的加热器、 静电吸盘以及施加高频用的基座等埋设有电极的氧化铝烧结体。
背景技术
原来，在半导体制造工程中，使用了在氧化铝烧结体中埋设有电极的静电 吸盘、在氧化铝烧结体中埋设有电阻发热体的加热装置等的氧化铝部件。在陶 瓷基体的与晶片放置面相对的背面侧还埋设有与金属电极接触的金属端子，把 电力供给用连接器与金属端子连接，对金属电极供给电力的装置广为所知(例 如，参照专利文献1)。
专利文献1特开平11-12053号公报
然而，尤其是在使用了氧化铝烧结体的库仑型静电吸盘的场合，由于一般 电介质层的厚度薄至0.4mm以下，从而有可能导致强度的降低。
该距离变短的话，在把氧化铝烧结体与金属电极和金属端子一体烧结时， 因氧化铝和金属的热膨胀率的差别，在晶片放置面和金属电极之间的氧化铝基 体上会产生裂纹。从晶片放置面到金属电极的距离变短，氧化铝基体的相应部 分的强度降低，裂纹产生的机率提高。由于产生了裂纹的制品成为次品，从而 导致生产效率下降。
专利文献1特开平11-12053号公报
然而，尤其是在使用了氧化铝烧结体的库仑型静电吸盘的场合，由于一般 电介质层的厚度薄至0.4mm以下，从而有可能导致强度的降低。
该距离变短的话，在把氧化铝烧结体与金属电极和金属端子一体烧结时， 因氧化铝和金属的热膨胀率的差别，在晶片放置面和金属电极之间的氧化铝基 体上会产生裂纹。从晶片放置面到金属电极的距离变短，氧化铝基体的相应部 分的强度降低，裂纹产生的机率提高。由于产生了裂纹的制品成为次品，从而 导致生产效率下降。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的特征在于，是一种氧化铝烧结体，具备：具 有相对的第1主面和第2主面的氧化铝基体；在离第1主面0.4毫米以下的深 度由埋在氧化铝基体内的金属构成的膜状的埋设电极；在比埋设电极更靠第2 主面侧埋在氧化铝基体内的埋设端子，埋设端子与埋设电极接触，埋设电极的 膜厚在25微米以下。
采用本发明的话，即使从第1主面到埋设电极的距离在0.4毫米以下，通 过使埋设电极的厚度在25微米以下，也可以降低裂纹的发生率。
采用本发明的话，即使从第1主面到埋设电极的距离在0.4毫米以下，通 过使埋设电极的厚度在25微米以下，也可以降低裂纹的发生率。
附图说明
图1是表示作为本发明实施方式的氧化铝烧结体的一个例子的静电吸盘 的整体结构的截面图。
图2是放大了图1的氧化铝基体的中心部的截面图。
图3是表示本发明的发明者进行的实验结果的例子的表(其一)。
图4是表示本发明的发明者进行的实验结果的例子的表(其二)。
图5是表示网眼状电极埋设在氧化铝基体中的氧化铝烧结体的例子的截 面图。
图6是放大了图5的氧化铝基体的中心部的截面图。
图7是用于说明在氧化铝基体的电介质层产生的裂纹的截面图。
图中：
1-氧化铝基体；2、12-埋设电极；3-埋设端子；Ar-接触面；Cr-裂 纹；SF1-第1主面；SF2-第2主面；TH-孔
图2是放大了图1的氧化铝基体的中心部的截面图。
图3是表示本发明的发明者进行的实验结果的例子的表(其一)。
图4是表示本发明的发明者进行的实验结果的例子的表(其二)。
图5是表示网眼状电极埋设在氧化铝基体中的氧化铝烧结体的例子的截 面图。
图6是放大了图5的氧化铝基体的中心部的截面图。
图7是用于说明在氧化铝基体的电介质层产生的裂纹的截面图。
图中：
1-氧化铝基体；2、12-埋设电极；3-埋设端子；Ar-接触面；Cr-裂 纹；SF1-第1主面；SF2-第2主面；TH-孔
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示作为本发明实施方式的氧化铝烧结体的一个例子的静电吸盘 的整体结构的截面图。静电吸盘具备：具有相对的第1主面SF1和第2主面 SF2的氧化铝基体1；由埋设在氧化铝基体1内的金属构成的膜状的埋设电极2； 由埋设在氧化铝基体1内的金属构成的埋设端子3。
氧化铝基体1具有大体圆板形状，该大体圆板形状具备平行地配置的第1 主面SF1以及第2主面SF2。埋设电极2具有相对于第1主面SF1平行地配置 的膜的形状。埋设端子3具有小平板的形状，配置在氧化铝基体1的中心部， 在第2主面SF2侧与埋设电极2电连接。
此外，在氧化铝基体1的中心部从第2主面侧形成有孔TH，与埋设端子3 和埋设电极2接触的接触面对应的埋设端子3的面从孔TH的底部露出。虽然 省略了图示，但通过在孔TH中插入电力供给用连接器，从而电连接电力供给 用连接器与埋设端子3，可对埋设电极2供给电力。
参照图2来说明氧化铝基体1的中心部的详细结构。埋设电极2埋设在离 第1主面SF10.4毫米(mm)以下的深度HD。埋设电极2的膜厚HE在25微 米(μm)以下。深度HD相当于静电吸盘中的‘电介质层的厚度’。
埋设端子3与埋设电极2接触。在埋设端子3和埋设电极2接触的接触面 Ar，理想的是将埋设端子3的外周部分进行倒角。即，理想的是在埋设端子3 的接触面Ar和与接触面Ar相交的侧面的交叉部分形成具有曲率半径R的曲 面。更理想的是，被倒角部分的外周部分的曲率半径R在0.2mm以上。
此外，埋设电极2可以使用例如把含有高熔点导电性材料粉末的印刷胶印 刷成网眼状、梳形、圆形等的印刷电极。具体地说，可使用钨(W)、铌(Nb)、 钼(Mo)、铂金(Pt)等高熔点金属或它们的合金、碳化钨等高熔点金属的化 合物。此外，可以代替印刷电极而使用网眼状的高熔点导电性材料的块状体(金 网)、开有很多孔的高熔点导电性材料的块状体(冲孔金属)等。
埋设端子3具有例如由接触面Ar、背对接触面Ar的外部连接面、连接接 触面Ar以及外部连接面的侧面所限定的圆柱的形状，直径DT为1～3mm，高 度HT为0.3～1.5mm。此外，希望埋设端子3是高熔点金属或其化合物，与氧 化铝烧结体的热膨胀差在2×10-6(/K)以下。热膨胀差更大的话，在电介体 中进入裂纹的可能性变高。具体地说，由含有铂金、铌、钯之中至少一种的金 属形成。
氧化铝基体1是对氧化铝粉末进行成型，进一步施加压力烧结而成。此时， 埋设电极2以及埋设端子3与氧化铝基体1一体烧结。
图1以及图2中所示的静电吸盘可得到以下所示的作用效果。
由于氧化铝基体1、埋设电极2以及埋设端子3之间材质不同，所以各自 的热膨胀率不同。因该热膨胀率不同，在氧化铝基体1烧结时，在氧化铝基体 1、埋设电极2以及埋设端子3之间产生应力。通过减小静电吸盘中的电介质 层的厚度(深度HD)，电介质层的机械强度减小。如果应力比电介质层的强度 更大，则如图7所示，在电介质层产生裂纹Cr。
特别地，有时以埋设端子3和埋设电极2的接触面Ar的外部边缘为起点 产生裂纹。此时产生的裂纹Cr是以下所示理由导致的。在烧结时，埋设端子 3和埋设电极2通过接触面Ar起反应，位于接触面Ar之上的埋设电极2的一 部分变成与埋设端子3的合金。这样，合金化的埋设电极2的一部分成为与埋 设端子3和埋设电极2不同材质的金属，热膨胀率也与氧化铝基体1、埋设端 子3和埋设电极2不同。因此，在图7所示的裂纹Cr产生的地方，不仅存在 氧化铝基体1、埋设端子3和埋设电极2，附近还存在埋设电极2和埋设端子 3的合金，应力在该地方集中，结果产生裂纹Cr。
对此，在本发明的实施方式中，以利用合金化的埋设电极2减小产生的应 力来抑制裂纹Cr的产生为目的，为了减少合金化的埋设电极2的体积，而减 少埋设电极2的膜厚。即，减薄埋设电极2的膜厚(使膜厚HE在25微米以下)， 减少合金化的埋设电极2的体积。这样，合金化的埋设电极2产生的应力减弱， 可抑制裂纹Cr的产生。
此外，由于以埋设端子3的外周部分为起点产生裂纹Cr，所以应力在埋 设端子3的外周部分集中。对此，在埋设端子3和埋设电极2接触的接触面 Ar，将埋设端子3的外周部分倒角，可避免应力向埋设端子3的外周部分集中。
参照图3以及图4来说明本发明的发明者进行的实验结果的例子。“电极 厚度”表示埋设电极2的膜厚HE(μm)。“小平板R形状”表示埋设端子3 被倒角的外周部分的曲率半径R(mm)。“电介体厚度”表示从第1主面SF1 到埋设电极2的深度HD(mm)。“裂纹产生数”以分数(n/9)的形式表示9 个样品中产生了裂纹的样品的数n，“产生率”以百分率表示裂纹产生的概率。 还有，所谓“针尖圆角”表示没有将埋设端子3的外周部分施以倒角。
首先，考虑图3所示的电介体厚度为0.4mm的情况。电极厚度为30μm 时，与小平板R的形状无关，9个样品中在一个以上样品中产生了裂纹。对此， 使电极厚度为25μm的话，小平板R形状为0.5mm时裂纹产生率为0％。至 于其它小平板R形状，电极厚度＝30μm时，与电极厚度＝25μm比较的话可 知，对于所有的小平板R形状，通过使电极厚度薄至25μm，裂纹产生率降 低。并且，比较电极厚度＝25μm和电极厚度＝20μm的话，即使小平板R形 状是针尖圆角，通过使电极厚度＝20μm，能够降低裂纹产生率。同样地，使 电极厚度＝20μm薄至电极厚度＝10μm，可进一步降低裂纹产生率。
对于电介体厚度为0.2mm的场合也得到了同样的结果。即，使电极厚度 薄至30μm、25μm、20μm、10μm，可降低裂纹产生率。
此外，仅着眼于小平板R形状的话可知，针尖圆角、曲率半径增加至 0.2mm、0.5mm，裂纹产生率下降。
还有，图3所示的实验数据是用铂金作为埋设端子3的材质。
图4表示电介体厚度为5mm和1mm时的实验结果。在电极厚度为10μ m～30μm的范围，不管小平板R形状如何，都没观察到裂纹的产生。
如上所述，本发明虽然用一个实施方式进行了叙述，成为该公开的一部分 的论述以及附图并不能理解为限定本发明的内容。根据本公开内容，本行业从 业人员可明白有各种替代实施方式、实施例以及运用技术。
在实施方式中，作为氧化铝烧结体，示例了在氧化铝基体1中埋设静电吸 盘用电极的静电吸盘，但本发明的氧化铝烧结体并不受其限定。此外，还可示 例在氧化铝基体中埋设电阻发热体的加热器、在氧化铝基体中埋设电阻发热体 以及静电吸盘用电极的带静电吸盘的加热器、在氧化铝基体中埋设等离子体发 生用电极的高频发生用电极装置，以及在氧化铝基体中埋设等离子体发生用电 极以及电阻发热体的高频发生用电极装置等。
此外，在图1以及图2中，对埋设电极2由平板状印刷电极做成的场合进 行了说明。但是，并不限于此，埋设电极2也可以是把线体或板体配置成格子 状、网状、螺旋状或蛇行状的电极。例如，如图5及图6所示，在氧化铝基体 1内部用金网或网眼形成的埋设电极12代替图1以及图2的埋设电极2来进 行埋设。
如图5所示，氧化铝基体1具有具备平行配置的第1主面SF1以及第2主 面SF2的圆板的形状。埋设电极12相对于第1主面SF1平行地配置。埋设端 子3具有小平板状的形状，配置在氧化铝基体1的中心部，在第2主面SF2侧 与埋设电极12电连接。
如图6所示，埋设电极12埋设在离第1主面SF10.4mm以下的深度HD。 埋设电极12的线宽HE在25微米以下。埋设端子3与埋设电极12接触。在埋 设端子3和埋设电极2接触的接触面Ar，理想的是将埋设端子3的外周部分 进行倒角。还希望被倒角的外周部分的曲率半径R在0.2毫米以上。
这样，本发明可理解为包含在这里没记载的各种实施方式。因此，本发明 仅由这里公布的适当的权利要求的范围所属的发明特定事项所限定。
图1是表示作为本发明实施方式的氧化铝烧结体的一个例子的静电吸盘 的整体结构的截面图。静电吸盘具备：具有相对的第1主面SF1和第2主面 SF2的氧化铝基体1；由埋设在氧化铝基体1内的金属构成的膜状的埋设电极2； 由埋设在氧化铝基体1内的金属构成的埋设端子3。
氧化铝基体1具有大体圆板形状，该大体圆板形状具备平行地配置的第1 主面SF1以及第2主面SF2。埋设电极2具有相对于第1主面SF1平行地配置 的膜的形状。埋设端子3具有小平板的形状，配置在氧化铝基体1的中心部， 在第2主面SF2侧与埋设电极2电连接。
此外，在氧化铝基体1的中心部从第2主面侧形成有孔TH，与埋设端子3 和埋设电极2接触的接触面对应的埋设端子3的面从孔TH的底部露出。虽然 省略了图示，但通过在孔TH中插入电力供给用连接器，从而电连接电力供给 用连接器与埋设端子3，可对埋设电极2供给电力。
参照图2来说明氧化铝基体1的中心部的详细结构。埋设电极2埋设在离 第1主面SF10.4毫米(mm)以下的深度HD。埋设电极2的膜厚HE在25微 米(μm)以下。深度HD相当于静电吸盘中的‘电介质层的厚度’。
埋设端子3与埋设电极2接触。在埋设端子3和埋设电极2接触的接触面 Ar，理想的是将埋设端子3的外周部分进行倒角。即，理想的是在埋设端子3 的接触面Ar和与接触面Ar相交的侧面的交叉部分形成具有曲率半径R的曲 面。更理想的是，被倒角部分的外周部分的曲率半径R在0.2mm以上。
此外，埋设电极2可以使用例如把含有高熔点导电性材料粉末的印刷胶印 刷成网眼状、梳形、圆形等的印刷电极。具体地说，可使用钨(W)、铌(Nb)、 钼(Mo)、铂金(Pt)等高熔点金属或它们的合金、碳化钨等高熔点金属的化 合物。此外，可以代替印刷电极而使用网眼状的高熔点导电性材料的块状体(金 网)、开有很多孔的高熔点导电性材料的块状体(冲孔金属)等。
埋设端子3具有例如由接触面Ar、背对接触面Ar的外部连接面、连接接 触面Ar以及外部连接面的侧面所限定的圆柱的形状，直径DT为1～3mm，高 度HT为0.3～1.5mm。此外，希望埋设端子3是高熔点金属或其化合物，与氧 化铝烧结体的热膨胀差在2×10-6(/K)以下。热膨胀差更大的话，在电介体 中进入裂纹的可能性变高。具体地说，由含有铂金、铌、钯之中至少一种的金 属形成。
氧化铝基体1是对氧化铝粉末进行成型，进一步施加压力烧结而成。此时， 埋设电极2以及埋设端子3与氧化铝基体1一体烧结。
图1以及图2中所示的静电吸盘可得到以下所示的作用效果。
由于氧化铝基体1、埋设电极2以及埋设端子3之间材质不同，所以各自 的热膨胀率不同。因该热膨胀率不同，在氧化铝基体1烧结时，在氧化铝基体 1、埋设电极2以及埋设端子3之间产生应力。通过减小静电吸盘中的电介质 层的厚度(深度HD)，电介质层的机械强度减小。如果应力比电介质层的强度 更大，则如图7所示，在电介质层产生裂纹Cr。
特别地，有时以埋设端子3和埋设电极2的接触面Ar的外部边缘为起点 产生裂纹。此时产生的裂纹Cr是以下所示理由导致的。在烧结时，埋设端子 3和埋设电极2通过接触面Ar起反应，位于接触面Ar之上的埋设电极2的一 部分变成与埋设端子3的合金。这样，合金化的埋设电极2的一部分成为与埋 设端子3和埋设电极2不同材质的金属，热膨胀率也与氧化铝基体1、埋设端 子3和埋设电极2不同。因此，在图7所示的裂纹Cr产生的地方，不仅存在 氧化铝基体1、埋设端子3和埋设电极2，附近还存在埋设电极2和埋设端子 3的合金，应力在该地方集中，结果产生裂纹Cr。
对此，在本发明的实施方式中，以利用合金化的埋设电极2减小产生的应 力来抑制裂纹Cr的产生为目的，为了减少合金化的埋设电极2的体积，而减 少埋设电极2的膜厚。即，减薄埋设电极2的膜厚(使膜厚HE在25微米以下)， 减少合金化的埋设电极2的体积。这样，合金化的埋设电极2产生的应力减弱， 可抑制裂纹Cr的产生。
此外，由于以埋设端子3的外周部分为起点产生裂纹Cr，所以应力在埋 设端子3的外周部分集中。对此，在埋设端子3和埋设电极2接触的接触面 Ar，将埋设端子3的外周部分倒角，可避免应力向埋设端子3的外周部分集中。
参照图3以及图4来说明本发明的发明者进行的实验结果的例子。“电极 厚度”表示埋设电极2的膜厚HE(μm)。“小平板R形状”表示埋设端子3 被倒角的外周部分的曲率半径R(mm)。“电介体厚度”表示从第1主面SF1 到埋设电极2的深度HD(mm)。“裂纹产生数”以分数(n/9)的形式表示9 个样品中产生了裂纹的样品的数n，“产生率”以百分率表示裂纹产生的概率。 还有，所谓“针尖圆角”表示没有将埋设端子3的外周部分施以倒角。
首先，考虑图3所示的电介体厚度为0.4mm的情况。电极厚度为30μm 时，与小平板R的形状无关，9个样品中在一个以上样品中产生了裂纹。对此， 使电极厚度为25μm的话，小平板R形状为0.5mm时裂纹产生率为0％。至 于其它小平板R形状，电极厚度＝30μm时，与电极厚度＝25μm比较的话可 知，对于所有的小平板R形状，通过使电极厚度薄至25μm，裂纹产生率降 低。并且，比较电极厚度＝25μm和电极厚度＝20μm的话，即使小平板R形 状是针尖圆角，通过使电极厚度＝20μm，能够降低裂纹产生率。同样地，使 电极厚度＝20μm薄至电极厚度＝10μm，可进一步降低裂纹产生率。
对于电介体厚度为0.2mm的场合也得到了同样的结果。即，使电极厚度 薄至30μm、25μm、20μm、10μm，可降低裂纹产生率。
此外，仅着眼于小平板R形状的话可知，针尖圆角、曲率半径增加至 0.2mm、0.5mm，裂纹产生率下降。
还有，图3所示的实验数据是用铂金作为埋设端子3的材质。
图4表示电介体厚度为5mm和1mm时的实验结果。在电极厚度为10μ m～30μm的范围，不管小平板R形状如何，都没观察到裂纹的产生。
如上所述，本发明虽然用一个实施方式进行了叙述，成为该公开的一部分 的论述以及附图并不能理解为限定本发明的内容。根据本公开内容，本行业从 业人员可明白有各种替代实施方式、实施例以及运用技术。
在实施方式中，作为氧化铝烧结体，示例了在氧化铝基体1中埋设静电吸 盘用电极的静电吸盘，但本发明的氧化铝烧结体并不受其限定。此外，还可示 例在氧化铝基体中埋设电阻发热体的加热器、在氧化铝基体中埋设电阻发热体 以及静电吸盘用电极的带静电吸盘的加热器、在氧化铝基体中埋设等离子体发 生用电极的高频发生用电极装置，以及在氧化铝基体中埋设等离子体发生用电 极以及电阻发热体的高频发生用电极装置等。
此外，在图1以及图2中，对埋设电极2由平板状印刷电极做成的场合进 行了说明。但是，并不限于此，埋设电极2也可以是把线体或板体配置成格子 状、网状、螺旋状或蛇行状的电极。例如，如图5及图6所示，在氧化铝基体 1内部用金网或网眼形成的埋设电极12代替图1以及图2的埋设电极2来进 行埋设。
如图5所示，氧化铝基体1具有具备平行配置的第1主面SF1以及第2主 面SF2的圆板的形状。埋设电极12相对于第1主面SF1平行地配置。埋设端 子3具有小平板状的形状，配置在氧化铝基体1的中心部，在第2主面SF2侧 与埋设电极12电连接。
如图6所示，埋设电极12埋设在离第1主面SF10.4mm以下的深度HD。 埋设电极12的线宽HE在25微米以下。埋设端子3与埋设电极12接触。在埋 设端子3和埋设电极2接触的接触面Ar，理想的是将埋设端子3的外周部分 进行倒角。还希望被倒角的外周部分的曲率半径R在0.2毫米以上。
这样，本发明可理解为包含在这里没记载的各种实施方式。因此，本发明 仅由这里公布的适当的权利要求的范围所属的发明特定事项所限定。